KR101743926B1 - 로봇 및 그 제어방법 - Google Patents

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KR101743926B1
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Abstract

로봇 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명에 따른 로봇 및 그 제어방법은　적어도 하나의 관절부 및 손으로 구성된 복수의 로봇 팔을 구비한 로봇의 제어방법으로서,　파지경로를 생성하기 위한 복수의 파지포즈를 미리 산출하여 저장하고, 물체, 로봇 팔 및 장애물의 각각의 위치를 감지하고, 감지된 각각의 위치를 기초로 관절부의 가동 가능한 각도범위, 물체와 장애물과의 충돌여부 및 로봇 손끼리의 충돌여부를 판단하여 복수의 파지포즈를 선택하고, 선택된 파지포즈로 파지경로를 생성한다.
따라서, 본 발명은 가능한 복수의 파지포즈들을 미리 산출하고 저장함으로써 빠르고 안정적으로 파지를 수행할 수 있다.

Description

로봇 및 그 제어방법{ROBOT AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 물체를 자연스럽고 안정적으로 파지할 수 있도록 하는 로봇 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기적 또는 자기적인 작용을 이용하여 인간의 동작과 닮은 운동을 행하는 기계장치를 로봇이라고 한다. 초기의 로봇은 생산 현장에서의 작업 자동화, 무인화 등을 목적으로 한 매니퓰레이터나 반송 로봇 등의 산업용 로봇으로 인간을 대신하여 위험한 작업이나 단순한 반복 작업, 큰 힘을 필요로 하는 작업을 수행하였으나, 최근에는 인간과 유사한 외관을 가지고 인간의 작업 및 생활공간에서 인간과 공존하며 다양한 서비스를 제공하는 인간형 로봇의 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.
이러한 인간형 로봇의 경우 일상 생활에서 인간과 원활하게 교류하고 협업하기 위하여 물체를 파지할 수 있도록 하는 로봇 핸드를 구비하며, 로봇 핸드는 인간의 손과 유사하게 복수의 손가락과 손바닥을 포함한다. 이러한 로봇 핸드는 임피던스 제어를 통해 손가락 끝의 강성(stiffness)을 조절함으로써 정밀한 작업과 유연하고 안정적인 작업을 모두 구현할 수 있다.
종래의 로봇의 파지 제어는 파지를 수행할 때마다 역기구학(Inverse Kinetics)을 풀어 역기구학의 해가 나오지 않는 경우 파지경로를 생성하는데 오랜 시간이 걸렸다. 또한, 역기구학을 풀어 산출된 파지포즈의 정렬기준이 미비하여 부자연스러운 파지가 수행되는 문제점이 있었다. 　
본 발명의 일 측면에 의하면 파지포즈를 미리 산출하여 저장하고, 감지된 물체, 로봇 팔, 장애물의 위치에 따라 미리 저장된 파지포즈를 선택하여 파지경로를 생성하는 로봇 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 로봇의 제어방법은적어도 하나의 관절부 및 손으로 구성된 복수의 로봇 팔을 구비한 로봇의 제어방법으로서,　파지경로를 생성하기 위한 복수의 파지포즈를 미리 산출하여 저장하고, 물체, 로봇 팔 및 장애물의 각각의 위치를 감지하고, 감지된 각각의 위치를 기초로 관절부의 가동 가능한 각도범위, 물체와 장애물과의 충돌여부 및 로봇 손끼리의 충돌여부를 판단하여 복수의 파지포즈를 선택하고, 선택된 파지포즈로 파지경로를 생성한다. 　　
한편, 파지포즈는 미리 설정된 물체의 가상 위치를 복수개로 구비하여 저장하고, 물체를 저장된 복수의 가상위치로 위치시키고, 가상위치에 위치한 물체를 파지하기 위해 로봇 팔에 대한 역기구학의 해를 산출하여 가상위치에 따른 복수의 파지포즈를 산출하고, 산출된 복수의 파지포즈를 자연스러운 파지가 가능한 순으로 정렬하여 저장할 수 있다.
또한, 파지포즈의 산출은 복수의 로봇 팔 중 어느 하나에 대해 역기구학의 해를 산출하고, 역기구학의 해가 산출되면, 역기구학을 푼 로봇 팔은 고정시키고 나머지 로봇 팔에 대해 역기구학의 해를 산출할 수 있다.
또한, 파지포즈는 물체와 상기 관절부 사이의 거리, 관절부의 회전각도를 고려하여 자연스러운 파지가 가능한 순으로 정렬될 수 있다.
또한, 파지포즈는 물체와 관절부 사이의 거리가 가깝고, 관절부의 회전각도가 작을수록 자연스러운 파지가 가능한 것으로 판단될 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 로봇은　적어도 하나의 관절부 및 손으로 구성된 복수의 로봇 팔을 구비한 로봇으로서,　미리 설정된 물체의 가상 위치를 복수개로 구비하여 저장하는 메모리부,　메모리부에 저장된 가상위치를 이용하여 복수의 파지포즈를 미리 산출하는 파지포즈 산출부, 파지포즈 산출부에 의해 산출된 복수의 파지포즈를 자연스러운 파지가 가능한 순으로 정렬하여 메모리부에 저장시키는 정렬부, 물체, 상기 로봇 팔 및 장애물의 각각의 위치를 감지하는 감지부 및 감지부에 의해 감지된 각각의 위치를 기초로 관절부의 가동 가능한 각도범위, 물체와 장애물과의 충돌여부 및 로봇 손끼리의 충돌여부를 판단하여 복수의 파지포즈를 선택하고, 선택된 파지포즈로 파지경로를 생성하는 파지경로 생성부를 포함한다.
한편, 파지포즈 산출부는 물체를 가상위치로 위치시키고, 가상위치에 위치한 물체를 파지하기 위해 로봇 팔에 대한 역기구학을 풀어 복수의 파지포즈를 산출할 수 있다.
또한, 파지포즈 산출부는 복수의 로봇 팔 중 어느 하나에 대해 역기구학을 풀고, 역기구학의 해가 산출되면 역기구학을 푼 로봇 팔은 고정시키고 나머지 상기 로봇 팔에 대해 역기구학을 풀어 파지포즈를 산출할 수 있다.
또한, 정렬부는 물체와 관절부 사이의 거리 및 관절부의 회전각도를 고려하여 자연스러운 파지가 가능한 순으로 복수의 파지포즈를 정렬할 수 있다.
또한, 정렬부는 물체와 관절부 사이의 거리가 가깝고, 관절부의 회전각도가 작을수록 자연스러운 파지가 가능한 파지포즈로 판단할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 및 그 제어방법에 의하면 역기구학을 풀어 파지포즈를 미리 산출하고 이를 저장함으로써 파지경로를 생성하는 시간을 단축시킬 수 있다. 즉, 미리 저장된 파지포즈 중 적절한 파지포즈를 선택하여 선택된 파지포즈로 파지경로를 생성하므로 파지경로를 생성할 때마다 매번 파지포즈를 산출하는 종래의 로봇 제어방법보다 빠르고 안정적으로 파지경로를 생성할 수 있는 것이다.
또한, 파지포즈를 산출한 후 자연스러운 파지가 수행될 수 있는 순서대로 파지포즈를 정렬하여 저장하므로, 자연스러운 파지를 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇의 외관 구성도이다.
도 2는, 도 1에 도시된 로봇의 주요 관절 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 로봇 손의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇의　파지　제어　블록도이다.
도 5는, 도 4의 파지포즈 산출부에서 산출된 파지포즈의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은, 도 6의 파지포즈를 산출하는 방법을 상세하게 나타낸 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 로봇 및 로봇의 파지제어방법의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇의 외관 구성도이다.
도 1에서, 로봇(100)은 인간과 마찬가지로 두 개의 다리(110)에 의해 직립 이동하는 로봇으로, 몸통(102), 머리(104), 팔(106)로 이루어진 상체(101)와, 두 개의 다리(110)로 이루어진 하체(103)를 가진다.
로봇(100)의 상체(101)는 몸통(102)과, 몸통(102)의 상부에 목(120)을 통해 연결된 머리(104)와, 몸통(102)의 상부 양측에 어깨(114L, 114R)를 통해 연결된 두 개의 팔(106L, 106R)과, 이 두 개의 팔(106L, 106R)의 말단에 각각 연결된 손(108L, 108R)으로 이루어진다.
로봇(100)의 하체(103)는 상체(101)의 몸통(102) 하부 양측에 연결된 두 개의 다리(110L, 110R)와, 두 개의 다리(110L, 110R) 말단에 각각 연결된 발(112L, 112R)로 이루어진다.
참조 부호에서, "R"과 "L"는 각각 로봇(100)의 오른쪽(right)과 왼쪽(left)을 나타내고, COG(Center Of Gravity)는 로봇(100)의 무게 중심을 나타낸다.
도 2는 도 1에 나타낸 로봇의 주요 관절 구조를 나타낸 도면이다.
도 2에서, 로봇(100)의 몸통(102)에는 포즈 센서(pose sensor; 14)가 설치된다. 포즈 센서(14)는 연직축에 대한 상체(101)와 두 다리(110L, 110R)의 기울기인 경사 각도와 그 각속도를 검출하여 자세 정보를 발생시킨다. 이 포즈 센서(14)는 몸통(102) 뿐만 아니라 두 다리(110L, 110R)에 설치해도 좋다.
몸통(102)에는 상체(101)가 회전할 수 있도록 요우 방향의 1 자유도를 가지는 허리 관절부(15)가 설치된다.
또한, 로봇(100)의 머리(104)에는 주위를 촬영하는 카메라(41)와, 사용자 음성을 입력하는 마이크로폰(42)이 설치된다.
머리(104)는 목 관절부(280)를 통해 상체(101)의 몸통(102)과 연결된다. 목 관절부(280)는 요우 방향(yaw, Z축 회전)의 회전 관절(281)과, 피치 방향(pitch, Y축 회전)의 회전 관절(282) 및 롤 방향(roll, X축 회전)의 회전 관절(283)을 포함하여 3 자유도를 가진다.
목 관절부(280)의 각각의 회전 관절(281, 282, 283)에는 머리(104)의 회전을 위한 모터들(예를 들어, 전기 모터, 유압 모터 등의 액츄에이터)이 연결된다.
로봇(100)의 두 개의 팔(106L, 106R)은 각각 상박 링크(31), 하박 링크(32) 및 손(33)을 가진다.
상박 링크(31)는 어깨 관절부(250L, 250R)를 통해 상체(101)에 연결되고, 상박 링크(31)와 하박 링크(32)는 팔꿈치 관절부(260)를 통해 서로 연결되며, 하박 링크(32)와 손(33)은 손목 관절부(270)를 통해 서로 연결된다.
어깨 관절부(250L, 250R)는 상체(101)의 몸통(102)의 양측에 설치되어 두 개의 팔(106L, 106R)을 상체(101)의 몸통(102)에 연결한다.
팔꿈치 관절부(260)는 피치 방향의 회전 관절(261)과, 요우 방향의 회전 관절(262)를 포함하여 2 자유도를 가진다.
손목 관절부(270)는 피치 방향의 회전 관절(271)과, 롤 방향의 회전 관절(272)을 포함하여 2 자유도를 가진다.
손(33)에는 5개의 손가락(33a)이 설치된다. 각각의 손(33a)에는 모터에 의해 구동되는 다수의 관절(미도시)들이 설치될 수 있다. 손가락(33a)은 팔(106)의 움직임에 연동하여 물건을 파지하거나 특정 방향을 가리키는 것과 같은 다양한 동작을 실행한다.
그리고, 로봇(100)의 두 개의 다리(110L, 110R)는 각각 대퇴 링크(21)와 하퇴 링크(22), 발(112L, 112R)을 가진다.
대퇴 링크(21)는 인간의 허벅다리(허벅지)에 해당하는 부분으로 　고관절부(210)를 통해 상체(101)의 몸통(102)에 연결되고, 대퇴 링크(21)와 하퇴 링크(22)는 무릎 관절부(220)를 통해 서로 연결되며, 하퇴 링크(22)와 발(112L, 112R)은 발목 관절부(230)를 통해 서로 연결된다.
고관절부(210)는 요우 방향(yaw, Z축 주위의 회전)의 회전 관절(211; 힙 요우 조인트)과, 피치 방향(pitch, Y축 주위의 회전)의 회전 관절(212; 힙 피치 조인트)과, 롤 방향(roll, X축 주위의 회전)의 회전 관절(213; 힙 롤 조인트)을 포함하여 3 자유도를 가진다.
무릎 관절부(220)는 피치 방향의 회전 관절(221)을 포함하여 1 자유도를 가진다.
발목 관절부(230)는 피치 방향의 회전 관절(231)과, 롤 방향의 회전 관절(232)을 포함하여 2 자유도를 가진다.
두 개의 다리(110L, 110R) 각각에는 고관절부(210), 무릎 관절부(220), 발목 관절부(230)에 대해 6개의 회전 관절이 마련되므로, 두 개의 다리(110L, 110R) 전체에 대해서는 12개의 회전 관절이 마련된다.
도면에 도시되어 있지 않지만, 로봇(100)에는 각 회전 관절을 구동하는 모터 등과 같은 액츄에이터가 설치된다. 로봇(100)의 파지를 제어하는 파지 제어부는 이 모터를 적절히 제어함으로써 로봇(100)의 다양한 파지 동작을 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 로봇 손의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3에서, 본 발명의 실시예에 의한 로봇 손(300)은 손바닥(310)과 이 손바닥(310)에 연결되는 복수의 손가락(320, 330)으로 구성되며, 손바닥(310)은 적어도 1자유도 이상으로 팔(340)에 연결된다.
복수의 손가락(320, 330)은 손바닥(310)의 일단의 가장자리에서 동일한 방향으로 연장되게 설치되어 손바닥(310) 방향으로 구부러지는 복수의 주파지 손가락(320;이하, 제1손가락이라 한다)과, 복수의 제1손가락(320)과는 다른 방향으로 연장되게 설치되어 손바닥(310) 방향으로 구부러지는 하나 이상의 보조 파지 손가락(330;이하, 제2손가락이라 한다)으로 구성된다.
복수의 제1손가락(320)은 인간의 검지, 중지, 약지, 소지에 각각 해당하며, 하나 이상의 제2손가락(330)은 인간의 엄지에 해당한다. 제1 및 제2손가락(320,330) 각각은 복수의 링크부재(321,323,325),(331,333,335)와, 복수의 링크부재(321,323,325),(331,333,335)를 연결하는 복수의 관절(322,324,326),(332,334,336)을 포함한다.
복수의 링크부재(321,323,325),(331,333,335)는 손바닥(310)에 인접한 것으로부터 차례로 제1링크부재(321),(331), 제2링크부재(323),(333), 제3링크부재(325),(335)라 하고, 복수의 관절(322,324,326),(332,334,336)은 손바닥(310)에 인접한 것으로부터 차례로 제1관절(322),(332), 제2관절(324),(334), 제3관절(326),(336)이라 한다. 제1관절(322),(332)은 손바닥(310)과 제1링크부재(321),(331)를 연결하고, 제2관절(324),(334)은 제1링크부재(321),(331)와 제2링크부재(323),(333)를 연결하며, 제3관절(326),(336)은 제2링크부재(323),(333)와 제3링크부재(325),(335)를 연결한다. 제3링크부재(325),(335)의 끝(327, 337) 지점이 각 손가락(320, 330)의 끝(fingertip) 위치이며, 복수의 관절(322,324,326),(332,334,336)에는 복수의 링크부재(321,323,325),(331,333,335)가 인접한 링크부재와 이루는 각도 즉, 각각의 관절각(θ)을　측정하기 위한 엔코더(미도시)가 설치된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇의　파지　제어　블록도로서, 감지부(410), 메모리부(420), 파지포즈 산출부(431), 정렬부(432), 파지경로 생성부(433), 토크 제어부(434) 및 구동부(440)를 포함한다.
감지부(410)는 로봇(100)의 몸통(102)에 설치되어 두 팔의 기울기나 자세를 검출하는 포즈센서와 파지 대상인 물체를 인식하는 센서를 포함한다. 본 실시예에서 감지부(410)는 어깨관절부, 팔꿈치관절부, 손목관절부 및 로봇의 손을 구성하는 다수 개의 관절의 회전각도를 감지한다. 또한, 감지부(410)는 파지 대상인 물체와 그 위치를 감지하고, 물체 주변에 장애물이 존재하는지 여부 및 장애물의 위치를 감지하여 그 결과를 파지제어부(430)에 전송한다.
메모리부(420)는 파지포즈를 산출하기 위한 파지방법 및 물체의 가상위치 정보를 저장한다.
파지방법(Grasp Policy)은 로봇 손과 물체의 상대적인 위치 및 물체를 파지해야 하는 로봇 손(왼손, 오른손, 양손 중 어느 하나)의 정보를 포함한다. 즉, 파지방법은 물체를 잡으려면 좌우 로봇 손 중 어느 손으로 잡아야 하는지 및 로봇 손이 물체의 어디에 위치해야 하는지의 orientation 정보를 포함하는 것이다. 또한, 파지방법은 로봇 손과 물체의 상대적인 위치 뿐만 아니라 로봇 손이 물체를 중심으로 x, y, z축으로 평행 이동할 수 있는 범위인 variation정보도 포함할 수 있다.
예컨대, 로봇(100)의 오른손이 물체를 중심으로 y축 상에 위치(orientation정보)해야 하고, 오른손은 y축 상의 위치에서 x축 또는 z축으로 평행이동(variation 정보)할 수 있는 파지방법이 메모리부(420)에 저장될 수 있다.
물체의 가상위치 정보는 물체가 이동할 수 있는 경로를 따라 임의로 복수 개로 선정된 위치정보를 의미한다. 즉, 물체의 가상위치 정보는 물체가 위치할 수 있는 복수의 위치에 해당한다.
파지포즈 산출부(431)는 메모리부(420)에 저장된 가상위치 정보에 따라 물체를 위치시키면서 가상위치(P1, P2, ...Pn)의 물체를 파지하기 위한 파지포즈를 미리 산출한다. 따라서, 물체에 대해 파지가 이루어질 경우 미리 산출된 파지포즈를 이용하여 파지경로를 생성하므로 파지가 신속하게 이루어질 수 있다. 　　　
구체적으로, 파지포즈 산출부(431)는 메모리부(420)에 저장된 물체의 가상위치 정보를 이용하여 물체를 일정한 순서에 따라 복수의 가상위치(P1, P2,　...Pn)에 위치시킨다.
또한, 파지포즈 산출부(431)는 메모리부(420)에 저장된 파지방법을 이용하여 가상위치(P1, P2, ...Pn)의 물체를 파지하기 위한 역기구학(Inverse Kinematics)을 푼다.
역기구학은 로봇 팔을 구성하는 각 관절부의 회전각도를 산출하는 것으로서 이로써 로봇 팔의 파지포즈가 산출될 수 있다. 즉, 역기구학은 파지방법을 이용하여 물체와 로봇 손의 위치를 world coordinate 상으로 변환하고, 로봇 팔을 구성하는 각 관절부의 회전각도를 world coordinate를 기준으로 산출하는 것이다.
즉 , 파지포즈 산출부(431)는 각 가상위치(P1, P2, ...Pn)마다 물체를 위치시키고, 가상위치(P1, P2, ...Pn)에서 역기구학을 풀어 각 관절부의 회전각도를 산출한다. 또한, 파지포즈 산출부(431)는 산출된 각 관절부의 회전각도로 가상위치(P1, P2, ...Pn)에 위치한 물체를 파지하기 위한 복수의 파지포즈를 산출한다.
도 5는, 도 4의 파지포즈 산출부(431)에서 산출된 파지포즈의 일 예를 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 임의의 가상위치(P1, P2, ...Pn 중 어느 하나)에 위치한 물체를 파지하기 위한 양팔의 파지포즈가 도 5와 같이 복수 개로 산출됨을 알 수 있다.
정렬부(432)는 도 5와 같이 각 가상위치(P1, P2, ...Pn)마다 복수 개 산출된 양팔의 파지포즈를 정렬한다.
파지포즈는 자연스러운 파지가 가능한 파지포즈 순으로 정렬된다. 이를 위해 정렬부(432)는 하기 수학식 1과 같은 cost function을 이용하여 파지포즈를 정렬한다. 　
Figure 112010061056834-pat00001
수학식 1에서 |Object-Ls|는 물체와 왼쪽 어깨관절부 사이의 거리이고, |Object-Rs|=물체와 오른쪽 어깨관절부 사이의 거리이다. ∠RW1는 오른쪽 손목관절부의 roll방향 회전각도, ∠LW1는 왼쪽 손목관절부의 roll방향 회전각도, ∠RW2는 오른쪽 손목관절부의 pitch방향 회전각도 및 ∠LW2는 왼쪽 손목관절부의 pitch방향 회전각도를 의미한다. 또한, ∠J는 다른 관절부의 회전각도를 의미하고, c1 , c2 , c3 , c4는 계수이며, f는 결과값으로서 naturalness score에 해당한다.
수학식 1을 살펴보면, 파지의 자연스러운 정도는 물체와 로봇 팔의 관절부 사이의 거리, 관절부의 회전각도를 고려하여 판단됨을 알 수 있다.
구체적으로, 정렬부(432)는 물체와 좌우 어깨관절부 사이의 거리가 가깝고, 손목관절부 및 그 밖의 다른 관절부의 회전각도가 작을수록 자연스러운 파지가 가능한 파지포즈인 것으로 판단한다. 여기서 다른 관절부는 어깨관절부, 팔꿈치관절부 및 로봇의 손을 구성하는 다수개의 관절로서 로봇 팔을 구성하는 관절부를 의미한다.
따라서, 정렬부(432)는 cost function을 수행한 결과인 naturalness score값이 작을수록 자연스러운 파지가 가능한 파지포즈로 판단하고, 파지포즈의 우선순위를 높게 설정한다.
정렬부(432)는 위와 같이 우선순위가 설정되어 정렬된 파지포즈를 메모리부(420)에 전송하여 파지포즈 데이터베이스를 형성하도록 한다.
이러한 정렬부(432)에 의한 파지포즈의 정렬로 파지경로를 생성할 때 우선순위가 높은 파지포즈를 선택하므로 자연스러운 파지 수행이 가능하다.
파지경로 생성부(433)는 메모리부(420)에 저장된 파지포즈 데이터베이스를 이용하여 파지경로를 생성한다.
구체적으로, 파지경로 생성부(433)는 감지부(410)에 의해 감지된 물체, 관절부, 손 및 장애물의 위치인 현재상태를 기초로 파지포즈 데이터베이스에서 제약조건을 만족하는 파지포즈를 선택한다. 파지경로 생성부(433)는 제약조건인 각 관절부의 가동각 범위, 장애물과의 충돌 및 손과 손끼리의 충돌(self-collision)여부를 고려하여 파지포즈를 선택한다.
파지포즈가 선택되면, 파지경로 생성부(433)는 선택된 파지포즈를 이용하여 각 관절부의 파지경로를 생성하는 motion planning을 수행한다.
이로써, 파지를 수행할 때마다 파지포즈를 산출하고 파지경로를 생성하는 종래 기술에 비해 빠르고 안정적으로 파지 및 재파지가 이루어질 수 있다. 　　
토크제어부(434)는 파지경로 생성부(433)에서 생성된 파지경로를 로봇(100)의 각 관절부가 추종하도록 관절부의 토크를 산출하고 제어한다.
구동부(440)는 토크제어부(434)에서 산출된 제어토크를 관절부에 제공하고, 관절부에 설치된 모터 등의 액츄에이터를 구동시키도록 계산된 제어토크에 대응하는 토크 제어 신호를 관절부에 출력한다.
종래의 로봇 파지 제어방법은 물체를 파지할 때마다 감지부로 물체, 장애물, 로봇 팔의 위치를 확인하고, 물체를 파지하기 위한 역기구학을 풀어 파지포즈를 산출하고 이를 기반으로 파지경로를 생성하였다. 따라서, 역기구학의 해가 존재하지 않으면 파지경로를 생성하는데 오랜 시간이 걸리거나 파지를 실패할 우려가 존재하였다. 또한, 산출된 파지포즈를 정렬하는 과정이 존재하지 않아 부자연스러운 파지가 수행될 수 있었다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 제어방법은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 파지포즈를 미리 산출하고 이를 정렬한 뒤 저장하여 자연스럽고 빠른 파지 수행을 가능하게 한다. 구체적인 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 제어는 도 6 및 도 7을 통해 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
먼저, 파지포즈 산출부(431)는 물체에 대해 가능한 복수의 파지포즈를 미리 산출하여 메모리부(420)에 저장시킨다(510). 구체적인 복수의 파지포즈를 산출하는 방법은 도 7을 통해 상세하게 설명한다.
감지부(410)는 물체, 로봇 팔 및 장애물의 위치정보인 현재상태를 감지한다(520). 즉, 감지부(410)는 로봇(100)과 물체의 순시상태를 감지하는 것으로서, 장애물이 존재하는지 여부와 물체와 로봇 팔의 위치정보를 감지하는 것이다.
감지된 현재상태를 기초로 파지경로 생성부(433)는 메모리부(420)에 저장된 복수의 파지포즈 중에 제약조건을 만족하는 파지포즈를 선택한다(530, 540). 즉, 파지경로 생성부(433)는 각 관절부의 가동각 범위, 장애물과의 충돌여부 및 손과 손끼리의 충돌여부(self-collision)를 고려하여 적절한 파지포즈를 선택한다. 각 관절부는 어깨관절부, 팔꿈치관절부, 손목관절부 및 로봇 손을 구성하는 다수의 관절부를 의미한다.
또한, 파지경로 생성부(433)는 사용자가 미리 지정한 물체의 목표지점에 대해 파지가 이루어졌는지 확인하고 목표지점에 대해 파지가 수행될 때까지 파지포즈를 선택하고 파지경로를 생성하는 동작을 반복 수행할 수 있다. 즉, 파지경로 생성부(433)는 목표지점에 대한 파지수행을 위해 파지 및 재파지(Regrasping)의 파지경로를 반복 생성하는 것이다.　　
또한, 파지경로 생성부(433)는 선택된 파지포즈를 이용하여 각 관절부의 파지경로를 생성한다(550). 즉, 선택된 파지포즈를 이용하여 2차 곡선이 생성(IK-Bi-RRT)되고, 이러한 2차 곡선은 각 관절부의 이동경로가 되는 것이다.
이렇게 생성된 파지경로는 토크제어부(434)에 전송되어 각 관절부가 파지경로를 추종하도록 각 관절부의 토크가 제어된다(560). 　　
도 7은, 도 6의 파지포즈를 산출하는 방법을 상세하게 나타낸 순서도이다.
먼저, 물체가 위치할 수 있는 복수의 가상위치가 선정되어 메모리부(420)에 물체의 가상위치 데이터로 저장된다(511).
파지포즈 산출부(431)는 가상위치 데이터에 따라 물체를 일정한 순서대로 가상위치(P1, P2, ...Pn)에 위치시킨다(512).
파지포즈 산출부(431)는 현재위치에서 가상위치로 물체를 이동시키면서 가상위치(P1, P2, ...Pn)에서의 물체를 파지하기 위한 파지포즈를 산출한다.
삭제
즉, 파지포즈 산출부(431)는 각 가상위치마다 물체를 위치시키고, 역기구학을 풀어 관절부의 회전각도를 산출한다. 또한, 이렇게 산출된 관절부의 회전각도로 복수의 파지포즈를 산출한다.
구체적으로, 파지포즈 산출부(431)는 가상위치 데이터(P1, P2, ...Pn)로부터 가상위치(P1으로 가정)를 선택하고(512) 선택된 가상위치(P1)에 위치한 물체를 파지하기 위해 복수의 로봇 팔 중 어느 하나에 대해 먼저 역기구학을 푼다(513). 로봇 팔에 대해 역기구학의 해가 존재하면(514에서의 '예'), 상기 역기구학을 푼 로봇 팔은 고정시키고 나머지 로봇 팔에 대해 역기구학을 푼다(515).
따라서, 가상위치(P1, P2, ...Pn)마다 물체를 파지하기 위한 양팔의 파지포즈가 산출된다. 또한, 양팔에 대한 역기구학의 해를 독립적으로 산출함으로써 효율적인 양팔 조작이 수행될 수 있다. 　　　　
또한, 역기구학을 푼 결과 로봇 팔 중 어느 하나에 대해 역기구학의 해가 존재하지 않으면(514, 516에서의 '아니요'), 파지포즈 산출부(431)는 다른 가상위치(P2)를 선택하고 선택된 가상위치(P2)에 위치한 물체에 대해 다시 역기구학을 푼다(513, 515).
산출된 복수의 파지포즈는 정렬부(432)에 의해 자연스러운 파지가 가능한 순서대로 정렬되고(517), 이렇게 정렬된 복수의 파지포즈는 가상위치(P1, P2, ...Pn)에 대응하여 메모리부에 저장된다(518).
정렬부(432)는 물체와 어깨관절부 사이의 거리가 가깝고 각 관절부의 회전각도가 작을수록 자연스러운 파지가 가능한 파지포즈로 판단하고, 이에 따라 산출된 복수의 파지포즈를 정렬한다.
또한, 정렬부(432)는 물체의 목표지점에 파지가 이루어지지 않아 재파지가 수행될 경우 감지된 물체의 위치를 기초로 파지포즈를 한번 더 정렬할 수 있다. 구체적으로, 정렬부는 재파지가 이루어질 경우, 물체의 현재위치와 가상위치 사이의 거리를 기준으로 메모리부(420)에 저장된 파지포즈를 재정렬한다. 즉, 이미 정렬된 파지포즈가 현재위치와 가상위치 사이의 거리가 가까울수록 자연스러운 파지포즈로 판단하고, 이에 따라 파지포즈가 재정렬되는 것이다. 　
파지포즈가 메모리부(420)에 저장되면, 파지포즈 산출부(431)는 중간파지 산출의 종료조건에 해당하는지 판단한다(519). 판단결과, 종료조건에 해당하지 않는다면, 다른 가상위치에 물체를 위치시키고 그에 따른 파지포즈를 계속 산출한다.
한편, 종료조건인지는 파지포즈가 산출되는 시간이 미리 정해진 시간을 초과했는지 여부와 파지포즈가 충분하게 산출되었는지와 모든 가상위치에 대해 파지포즈를 산출하였는지로 판단한다.
즉, 파지포즈 산출부(431)는 일정시간 동안 파지포즈를 산출하여 저장하고, 산출된 파지포즈의 개수가 미리 설정된 임계값만큼 생성되었다면 파지포즈의 산출을 종료시킨다. 또한, 파지포즈 산출부(431)는 모든 가상위치(P1, P2, ...Pn)에 대해 파지포즈가 산출되었다면 파지포즈의 산출을 종료시킨다.
　도 6 및 도 7의 로봇의 제어방법은 역기구학을 풀어 가능한 복수의 파지포즈들을 미리 산출하고 저장함으로써 파지경로를 생성하는 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 산출된 파지포즈를 일정한 순서대로 정렬하여 저장함으로써 자연스러운 파지가 수행될 수 있다.
410: 감지부
420: 메모리부
430: 파지제어부
440: 구동부

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 관절부 및 손으로 구성된 복수의 로봇 팔을 구비한 로봇의 제어방법에 있어서,
    파지경로를 생성하기 위한 복수의 파지포즈를 미리 산출하여 저장하고;
    물체, 상기 로봇 팔 및 장애물의 각각의 위치를 감지하고;
    상기 감지된 각각의 위치를 기초로 상기 관절부의 가동 가능한 각도범위, 상기 물체와 장애물과의 충돌여부 및 상기 로봇 손끼리의 충돌여부를 판단하여 복수의 상기 파지포즈를 선택하고; 　　
    상기 선택된 파지포즈로 파지경로를 생성하되,
    상기 복수의 파지포즈를 미리 산출하여 저장하는 것은,
    미리 설정된 물체의 가상 위치를 복수 개로 구비하여 저장하고;
    상기 물체를 상기 저장된 복수의 가상위치로 위치시키고;
    상기 가상위치에 위치한 물체를 파지하기 위해 상기 로봇 팔에 대한 역기구학의 해를 산출하여 상기 가상위치에 따른 복수의 파지포즈를 산출하고;
    상기 산출된 복수의 파지포즈를 자연스러운 파지가 가능한 순으로 정렬하여 저장하는 것을 포함하고,
    상기 로봇 팔에 대한 상기 역기구학의 해를 산출하는 것은,
    상기 복수의 로봇 팔 중 어느 하나에 대해 상기 역기구학의 해를 산출하고;
    상기 역기구학의 해가 산출되면, 상기 역기구학을 푼 로봇 팔은 고정시키고 나머지 로봇 팔에 대해 상기 역기구학의 해를 산출하는 것인 로봇 제어방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 파지포즈는 상기 물체와 상기 관절부 사이의 거리, 상기 관절부의 회전각도를 고려하여 자연스러운 파지가 가능한 순으로 정렬되는 것인 로봇 제어방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 파지포즈는 상기 물체와 상기 관절부 사이의 거리가 가깝고, 상기 관절부의 회전각도가 작을수록 자연스러운 파지가 가능한 것으로 판단되는 것인 로봇 제어방법.
  6. 적어도 하나의 관절부 및 손으로 구성된 복수의 로봇 팔을 구비한 로봇에 있어서,
    미리 설정된 물체의 가상 위치를 복수개로 구비하여 저장하는 메모리부;
    상기 메모리부에 저장된 가상위치를 이용하여 복수의 파지포즈를 미리 산출하는 파지포즈 산출부;
    상기 파지포즈 산출부에 의해 산출된 복수의 파지포즈를 자연스러운 파지가 가능한 순으로 정렬하여 상기 메모리부에 저장시키는 정렬부;
    물체, 상기 로봇 팔 및 장애물의 각각의 위치를 감지하는 감지부; 및
    상기 감지부에 의해 감지된 상기 각각의 위치를 기초로 상기 관절부의 가동 가능한 각도범위, 상기 물체와 장애물과의 충돌여부 및 상기 로봇 손끼리의 충돌여부를 판단하여 복수의 상기 파지포즈를 선택하고, 상기 선택된 파지포즈로 파지경로를 생성하는 파지경로 생성부를 포함하되,
    상기 파지포즈 산출부는 상기 물체를 상기 가상위치로 위치시키고, 상기 가상위치에 위치한 물체를 파지하기 위해 상기 로봇 팔에 대한 역기구학의 해를 산출하여 상기 가상위치에 따른 복수의 파지포즈를 산출하고,
    상기 파지포즈 산출부는 상기 복수의 로봇 팔 중 어느 하나에 대해 상기 역기구학의 해를 산출하고, 상기 역기구학의 해가 산출되면 상기 역기구학을 푼 로봇 팔은 고정시키고 나머지 로봇 팔에 대해 상기 역기구학의 해를 산출하여 상기 파지포즈를 산출하는 로봇.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 정렬부는 상기 물체와 상기 관절부 사이의 거리 및 상기 관절부의 회전각도를 고려하여 자연스러운 파지가 가능한 순으로 상기 복수의 파지포즈를 정렬하는 것인 로봇.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 정렬부는 상기 물체와 관절부 사이의 거리가 가깝고, 상기 관절부의 회전각도가 작을수록 자연스러운 파지가 가능한 상기 파지포즈로 판단하는 로봇.

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